นักวิจัยในสหรัฐฯ เปิดเผยกลไกการสร้างความแข็งแรงของใยแมงมุม

ใยแมงมุมมีความต้านทานแรงดึงสูงถึง 150 นิวตันต่อมิลลิเมตร² และสามารถรับแรงนี้ได้ก่อนที่จะขาด นักวิจัยกำลังสำรวจวิธีการผลิตใยแมงมุมเทียม เนื่องจากปริมาณใยที่ผลิตได้จากแมงมุมแต่ละตัวมีน้อย ความท้าทายหลักอยู่ที่การเปลี่ยนโปรตีนใยแมงมุมในต่อมเฉพาะของแมงมุมจากสถานะของเหลวให้เป็นเส้นใยจริง

ใยแมงมุมเป็นวัสดุชีวภาพที่สร้างขึ้นโดยสัตว์ในกลุ่มแมงมุม ซึ่งมีอยู่ในรูปแบบเส้นใยที่มีความยืดหยุ่นสูงและมีความแข็งแรงเทียบเท่ากับเหล็กกล้า ความน่าสนใจของใยนี้อยู่ที่การมีหลายรูปแบบ โดยแต่ละรูปแบบมีการใช้งานเฉพาะตัว แม้ว่าจะมีเส้นใยที่ใช้ในการสร้างใยแมงมุมเป็นรูปแบบที่พบมากที่สุด แต่สัตว์เหล่านี้ยังใช้รูปแบบอื่น ๆ เช่น การจับเหยื่อ การปกป้องไข่ หรือเป็นเชือกนิรภัย

ในบรรดาคุณสมบัติต่าง ๆ ใยแมงมุมมีความต้านทานแรงดึงที่น่าทึ่ง โดยสามารถสูงถึง 1.5 พันล้านปาสกาล (GPa) ซึ่งหมายความว่าสามารถรับแรงดึงได้ถึง 150 นิวตันต่อมิลลิเมตร² เทียบเท่ากับเหล็กกล้าคุณภาพสูง ด้วยความต้านทานแรงดึง ความเหนียว น้ำหนักเบา และความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ ใยแมงมุมจึงมีศักยภาพในการใช้งานในอุตสาหกรรมสิ่งทอ

ความท้าทายในการผลิตใยแมงมุมเทียม

เนื่องจากแมงมุมแต่ละตัวผลิตใยได้ในปริมาณน้อยและไม่สามารถเลี้ยงได้ในขนาดใหญ่เหมือนกับหนอนไหม เนื่องจากมีพฤติกรรมกินเนื้อ นักวิจัยกำลังมองหาวิธีการผลิตใยแมงมุมเทียม ศาสตราจารย์ Sarah Stellwagen จากมหาวิทยาลัยนอร์ธแคโรไลนา (UNC) กล่าวในสัมภาษณ์ว่า ความท้าทายอยู่ที่การเปลี่ยนโปรตีนใยแมงมุมจากต่อมเฉพาะของแมงมุมจากสถานะของเหลวให้เป็นเส้นใยจริง “นักวิจัยได้สร้างโปรตีนผสมจำนวนมากตามที่แมงมุมทำ แต่แตกต่างจากแมงมุม พวกเขายังไม่สามารถผลิตโปรตีนเหล่านี้ในขนาดที่สามารถใช้งานได้ในสาธารณะ”

ศาสตราจารย์ Stellwagen เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ในภาควิชาชีววิทยาที่มหาวิทยาลัยนอร์ธแคโรไลนา ชาร์ลอตต์

กระบวนการผลิตใยแมงมุม

แมงมุมผลิตใยโดยการเปลี่ยนของเหลวในต่อมผ่านท่อแคบ เปลี่ยนสภาพเคมี และประกอบเป็นโครงสร้างที่เรียกว่า β-sheet ที่แน่นหนา จากนั้นเส้นใยจะถูกปล่อยออกมาในรูปแบบของแข็งจากต่อมผลิตใย อย่างไรก็ตาม การวิจัยยังคงมีความก้าวหน้า นักวิจัยจากสถาบันการเกษตรแห่งสวีเดน (SLU) ได้แสดงให้เห็นว่าโปรตีนสามารถผลิตได้ในลักษณะที่มีขนาดใหญ่และมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งช่วยลดต้นทุนการผลิต นักวิจัย Anna Rising และ Benjamin Schmuck ได้รับทุนสนับสนุนจำนวน 200,000 ยูโรจากมูลนิธิ H&M และกำลังทำการทดสอบการผลิตเส้นใยและด้ายจากโปรตีน

ทีมงานยังสำรวจการใช้งานของเส้นใยเหล่านี้ในทางการแพทย์ ศาสตราจารย์ Rising กล่าว “ทุนสนับสนุนนี้ทำให้เรามีโอกาสก้าวไปข้างหน้า: ทำการทดลองเพิ่มเติม ปรับปรุงกระบวนการผลิต และผลิตวัสดุเพียงพอสำหรับการทดสอบด้ายและผลิตภัณฑ์สิ่งทอ” การวิจัยเบื้องต้นจาก King’s College London และ California State University, San Diego ได้ถอดรหัส “ป้ายโมเลกุล” ที่ทำให้ใยแมงมุมแข็งแรงกว่ากว่าเหล็กและเหนียวกว่า Kevlar

ศักยภาพในอนาคตของการผลิตใยแมงมุมเทียม

ใยแมงมุมได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางเนื่องจากความแข็งแรงและความเหนียวที่เหนือกว่า โดยเฉพาะในด้านการใช้งานที่มีศักยภาพในอุตสาหกรรมสิ่งทอและการแพทย์ ขณะที่นักวิจัยพยายามเอาชนะความท้าทายในการผลิตใยแมงมุมในปริมาณน้อย การพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตใยแมงมุมเทียมอาจเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องได้ ด้วยการปรับปรุงการผลิตโปรตีนและการทดสอบสิ่งทอ ในอนาคตอาจมีการผลิตในขนาดใหญ่ ซึ่งจะช่วยส่งเสริมการค้าในวัสดุชีวภาพและนำเสนอทางเลือกใหม่สำหรับการใช้วัสดุที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม